魏樣

摘 要 黏土礦物自身獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在土壤改良方面具有很大的應(yīng)用潛力?；诖?，綜述了黏土礦物在土壤物理性狀改良，土壤肥力水平提升，污染土壤修復(fù)治理方面的研究進(jìn)展，對(duì)于科學(xué)合理的利用黏土礦物材料改良土壤具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞 黏土礦物;沸石;膨潤(rùn)土;凹凸棒;土壤改良

中圖分類號(hào)：S152.5;X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.06.098

世界范圍內(nèi)大規(guī)模的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)以及對(duì)土壤資源掠奪式的過度利用，引起全球范圍內(nèi)嚴(yán)重的土壤退化問題，包括土壤肥力貧瘠化、土壤酸化、土壤鹽堿化以及土壤污染等，直接影響著社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，威脅著人類的生存，引起了廣泛的關(guān)注。黏土礦物因其自身多孔的性質(zhì)，具有較強(qiáng)的吸附性能、離子交換性能等，逐漸引起學(xué)者們的重視。利用沸石、膨潤(rùn)土、凹凸棒等黏土礦物作為環(huán)境改良材料在土壤性狀改良、污染物修復(fù)治理等方面的應(yīng)用日益普遍。我國(guó)黏土礦物儲(chǔ)量豐富，利用其進(jìn)行土壤改良，對(duì)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展具有非常重要的意義。

1 黏土礦物的性質(zhì)

黏土礦物是在風(fēng)化成土過程中形成的次生礦物，常見的作為土壤改良材料的黏土礦物有沸石、膨潤(rùn)土、凹凸棒等。

1756 年，瑞典礦物學(xué)家Freige發(fā)現(xiàn)了沸石;1972年，我國(guó)在浙江省縉云縣發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)天然沸石礦。目前，已發(fā)現(xiàn)的天然沸石有50種左右[1]。沸石的表面積非常大，其比表面積可達(dá)355～1 000 m2·g-1，故而具有很大的吸附量[2]。沸石內(nèi)部孔道均勻，孔徑大小0.3～1.0 nm，對(duì)離子和分子具有一定的選擇吸附性。

膨潤(rùn)土具有很好的黏結(jié)性、吸附性、離子交換性等，被形象的稱為“萬能土”，其陽離子交換量一般為50～90 cmol·kg-1，保水能力非常強(qiáng)，吸水率高達(dá)100%～240%。

1976年，我國(guó)在江蘇地區(qū)發(fā)現(xiàn)了凹凸棒礦，我國(guó)凹凸棒儲(chǔ)量居世界前列，占全球總儲(chǔ)量的50%以上[3]。凹凸棒晶體有棒狀和纖維狀等，表面凹凸布滿溝槽，比表面積非常大，陽離子、水分子和一些有機(jī)分子可被吸附于孔道中[4]。

黏土礦物獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能對(duì)于協(xié)調(diào)土壤水肥氣熱，提升土壤肥力效果顯著，可當(dāng)作土壤改良劑使用。

2 黏土礦物在土壤改良中的應(yīng)用

2.1 改良土壤物理性狀

黏土礦物可改善土壤物理性狀，有研究者采用沸石改良土壤結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示沸石促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成，施用沸石后，土壤團(tuán)聚體含量明顯增多，土壤總孔隙度增加了1.7%，容重降低了0.1 g·cm-3 [5]，更加有利于作物的生長(zhǎng)。邵玉翠等研究表明，土壤施用膨潤(rùn)土可使容重降低12.23%，孔隙度增加12.28%[6]。黏土礦物可提高土壤水分儲(chǔ)量，對(duì)于增強(qiáng)土壤抗旱性具有重要意義。有研究者發(fā)現(xiàn)，沸石可使耕作層水分提高1%～2%[7]，耕作層田間持水量比對(duì)照提高5%～15%，最高接近28%[8];李吉進(jìn)等研究發(fā)現(xiàn)，沙土施用膨潤(rùn)土可顯著提高沙土水分含量[9];有學(xué)者指出，凹凸棒土有較高的吸水率，用凹凸棒作為土壤改良材料，可顯著減少農(nóng)田灌溉量，凹凸棒可作為保水劑使用，對(duì)于提高作物產(chǎn)量和水肥利用率作用顯著[10]。施用黏土礦物材料，改良了土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了土壤抗旱性，可有效防止土壤板結(jié)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.2 提升土壤肥力水平

隨著肥料在土壤中的施入，養(yǎng)分會(huì)因揮發(fā)、淋溶等而損失。黏土礦物具有很強(qiáng)的離子交換性能和吸附性能，施入土壤可起到保肥供肥，提高養(yǎng)分利用率的重要作用。黏土礦物還含有較高的礦物營(yíng)養(yǎng)元素及微量元素，施入土壤后可增加土壤肥力，有效減少化肥使用量，節(jié)省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。有研究指出，沸石對(duì)NH4+具有很強(qiáng)的吸附性，吸附量相當(dāng)于一般土壤的9倍，所吸附的NH4+60%以上可解吸供作物利用，可有效降低揮發(fā)、淋溶等引起的氮肥損失[11]。土壤中沸石與化肥混施，玉米和水稻氮肥利用率提高8.1%以上，磷肥利用率提高6.0%以上。劉秀珍等經(jīng)研究指出，膨潤(rùn)土可儲(chǔ)存交換態(tài)鉀將磷肥以有效態(tài)和緩效態(tài)形式儲(chǔ)存，有效防止土壤對(duì)鉀肥和磷肥的固定，提高肥料利用率[12-13]。有研究表明，酸化處理的凹凸棒可有效防止尿素、硫酸銨、硫酸銨等肥料中的氮損失[14]。施用黏土礦物可有效提高土壤中鐵、鈣、鎂、銅等中微量元素含量，對(duì)于提升土壤肥力水平具有重要意義。

2.3 修復(fù)治理污染土壤

黏土礦物因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，決定了其在污染土壤修復(fù)治理方面的巨大潛力，可吸附固定土壤中的有害物質(zhì)，減輕土壤污染。沸石除了用作修復(fù)Pb 、Ni等重金屬污染土壤外，還被應(yīng)用于放射性污染土壤中放射物質(zhì)的控制。有研究者對(duì)比了沸石、膨潤(rùn)土等黏土礦物對(duì)重金屬Cd2+的吸附能力，結(jié)果顯示，二者對(duì)重金屬Cd2+均具有很好的吸附作用，但膨潤(rùn)土的吸附效果優(yōu)于沸石[15]。膨潤(rùn)土還可用于修復(fù)治理Pb和Zn等復(fù)合污染土壤，研究指出，在pH為5的條件下，污染土壤與膨潤(rùn)土的比例為5∶1時(shí)，修復(fù)效果最佳[16]。凹凸棒對(duì)重金屬Pb2+、Cd2+、Cr6+、Ni2+等均具有很好的吸附去除效果。譚科艷等研究顯示，凹凸棒石與土按照1∶20的質(zhì)量配比時(shí)，對(duì)銅鋅鎘重金屬?gòu)?fù)合污染土壤的修復(fù)效果最佳[17]，熱活化后，凹凸棒的吸附能力顯著提高。應(yīng)用黏土礦物修復(fù)治理污染土壤可原位進(jìn)行，費(fèi)用低廉，具有很大的應(yīng)用潛力。

3小結(jié)

黏土礦物材料具有天然的獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，不僅能夠改善土體結(jié)構(gòu)，提高土壤保水性能，增加土壤肥力，修復(fù)污染土壤，而且其儲(chǔ)量豐富，來源廣泛，價(jià)格低廉，本身不產(chǎn)生二次污染，可對(duì)土壤環(huán)境起到一定的修復(fù)作用。因此，利用環(huán)境礦物材料改良土壤具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郝秀珍，周東美.沸石在土壤改良中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].土壤，2003，35（2）：103-106.

[2] 李增新，張啟軍.天然沸石及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，1995（1）：41-42.

[3] 王桂苓，馬友華，江云，等.凹凸棒土在土壤改良和新型肥料開發(fā)上的應(yīng)用[J].磷肥與復(fù)肥，2008，23（3）：77-78.

[4] 胡濤，錢運(yùn)華，金葉玲，等.凹凸棒土的應(yīng)用研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2005，14（10）：73-76.

[5] 霍習(xí)良，周恩湘，姜淳，等.沸石改良土壤結(jié)構(gòu)性狀的研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1991，20（2）：20-24.

[6] 邵玉翠，張余良，李悅，等.天然礦物改良劑在微咸水灌溉土壤中應(yīng)用效果的研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2005（4）：100-103.

[7] 周恩湘，姜淳，霍習(xí)良，等.沸石改良濱海鹽化潮土的研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1991（1）：14-18.

[8] 姜淳，周恩湘，霍習(xí)良，等.沸石改土保肥及增產(chǎn)效果的研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1993（4）：48-52.

[9] 李吉進(jìn)，徐秋明，倪小會(huì)，等.施用膨潤(rùn)土對(duì)土壤含水量和有機(jī)質(zhì)含量的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2002，17（2）：88-91.

[10] 佘曉云，王亞菲，石巖.凹凸棒石保水劑對(duì)旱地小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].耕作與栽培，2017（4）：1-3.

[11] 關(guān)連珠，梁成華，金耀青，等.天然沸石保氮供氮能力及其機(jī)制的研究[J].土壤通報(bào)，1990（2）：71-75.

[12] 劉秀珍.膨潤(rùn)土對(duì)山西石灰性土壤鉀素有效性的影響[J].土壤通報(bào)，2001，32（6）：278-280.

[13] 劉秀珍，孫立艷.膨潤(rùn)土和磷肥對(duì)石灰性土壤無機(jī)磷形態(tài)轉(zhuǎn)化及有效性的影響[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2004（1）：59-62.

[14] 范文元，史小羅，華湘翰.凹凸棒石黏土應(yīng)用途徑[J].安徽科技，1997（1）：44-46.

[15] 劉秀珍，趙興杰，郭麗娜，等.膨潤(rùn)土和沸石對(duì)重金屬鎘的吸附性研究[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，29（2）：97-99.

[16] 謝正苗，俞天明，姜軍濤.膨潤(rùn)土修復(fù)礦區(qū)污染土壤的初探[J].科技通報(bào)，2009，25（1）：109-113.

[17] 譚科艷，劉曉端，劉久臣，等.凹凸棒石用于修復(fù)銅鋅鎘重金屬污染土壤的研究[J].巖礦測(cè)試，2011，30（4）：451-456.

（責(zé)任編輯：劉昀）